專利名稱：用于儲能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集分析裝置及其采集分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量控制與電子通信領(lǐng)域，尤其涉及一種用于儲能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集分析裝置及其采集分析方法。
背景技術(shù)：
隨著新能源技術(shù)的加速發(fā)展，越來越多的新能源接入電網(wǎng)之中，并網(wǎng)系統(tǒng)作為連接電網(wǎng)與新能源設(shè)備之間的橋梁，其性能的好壞直接影響到電網(wǎng)的安全運行與否，在這些新能源設(shè)備中，發(fā)電的隨機性和波動性也將影響電網(wǎng)電能質(zhì)量。以往的儲能監(jiān)控系統(tǒng)中，只是通過通訊口和相關(guān)的通訊協(xié)議，對并網(wǎng)系統(tǒng)傳過來的加工好的實時數(shù)據(jù)進行監(jiān)控，由于各種條件的限制，只能在宏觀上對系統(tǒng)上進行監(jiān)控，無法在從微觀的角度對測量點進行監(jiān)測，我們迫切需要從微觀角度了解并網(wǎng)系統(tǒng)在充電、放電過程中與電網(wǎng)接口的電力參數(shù)，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化對新能源進行控制，同時檢測并網(wǎng)裝置的充電、放電性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的一種用于儲能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集分析裝置及其采集分析方法，能從微觀角度了解并網(wǎng)系統(tǒng)在充電、放電過程中與電網(wǎng)接口的電力參數(shù)，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化對新能源進行控制，同時檢測并網(wǎng)裝置的充電、放電性能，能對儲能系統(tǒng)的性能及安全性做出預(yù)測與評估，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可用率。為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種用于儲能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集分析裝置，該數(shù)據(jù)采集分析裝置包含依次電路連接的電壓電流互感器、隔離保護電路、信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)分析模塊，還包含電路連接所述數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊的數(shù)據(jù)存儲模塊。本發(fā)明還提供一種用于儲能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集分析方法，該數(shù)據(jù)采集分析方法包含以下步驟
步驟1、裝置啟動；
步驟2、數(shù)據(jù)采集模塊將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)存儲模塊中的緩沖區(qū)； 步驟3、循環(huán)等待；
步驟4、判斷等待時間是否已到，若是，進行步驟5，若否，進行步驟3 ； 步驟5、讀取數(shù)據(jù)存儲模塊中的緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)； 步驟6、判斷是否讀取到數(shù)據(jù)，若是，進行步驟7，若否，進行步驟3 ； 步驟7、將讀取到的數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)隊列；
步驟8、數(shù)據(jù)處理模塊進行數(shù)據(jù)處理，同時進行步驟9. 1、步驟9. 2、步驟9. 3和步驟
9. 4 ；
步驟9. 1、數(shù)據(jù)分析模塊對電壓波形數(shù)據(jù)進行分析，進行步驟10 ； 步驟9. 2、數(shù)據(jù)分析模塊對電流波形數(shù)據(jù)進行分析，進行步驟10 ；步驟9. 3、數(shù)據(jù)分析模塊對電能量數(shù)據(jù)進行分析，進行步驟10 ； 步驟9. 4、將處理后的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)存儲模塊中，進行步驟13 ； 步驟10、將分析數(shù)據(jù)進行圖形化顯示；
步驟11，判斷用戶是否退出，若是，進行步驟12，若否，進行步驟3，召測下一組數(shù)據(jù)； 步驟12、程序退出； 步驟13、歷史數(shù)據(jù)分析查詢； 步驟14、將歷史數(shù)據(jù)進行圖形化顯示。所述的步驟2包含以下步驟 步驟2. 1、數(shù)據(jù)采集模塊上電啟動； 步驟2. 2、FPGA程序初始化；
步驟2. 3、判斷是否達到循環(huán)定時時間，若是，進行步驟2. 3，若否，進行步驟繼續(xù)等待；
步驟2. 4、讀取電壓、電流模擬量輸入；
步驟2. 5、將模擬量數(shù)據(jù)由定點數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成32位整型數(shù)據(jù)；
步驟2. 6、創(chuàng)建一維數(shù)組；
步驟2. 7、向數(shù)據(jù)存儲模塊FIFO寫入數(shù)據(jù)；
步驟2. 8、判斷數(shù)據(jù)采集模塊是否斷電，若是，進行步驟2. 9、若否，進行步驟2. 3，繼續(xù)將下一組數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)存儲模塊的緩存區(qū)； 步驟2. 9、硬件程序停止。所述的步驟8包含以下步驟
步驟8. 1、數(shù)據(jù)處理模塊從數(shù)據(jù)隊列中讀取數(shù)據(jù)； 步驟8. 2、重排數(shù)組維數(shù)； 步驟8. 3、二維數(shù)組轉(zhuǎn)置； 步驟8. 4、索引數(shù)據(jù)元素；
步驟8. 5、將32位整型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成浮點數(shù)據(jù)，同時進行步驟8. 6. 1和步驟8. 6. 2 ；
步驟8. 6. 1、進行電壓系數(shù)處理，進行步驟8. 7 ；
步驟8. 6. 2、進行電流系數(shù)處理，進行步驟8. 7 ；
步驟8. 7、創(chuàng)建新的數(shù)組；
步驟8. 8、根據(jù)新的數(shù)組，生成波形數(shù)據(jù)。所述的步驟9. 1包含以下步驟
步驟9. 1. 1、數(shù)據(jù)分析模塊讀取電壓波形數(shù)據(jù)，同時進行步驟9. 1. 2和步驟9. 1. 3 ； 步驟9. 1. 2、進行電壓有效值計算； 步驟9. 1. 3、進行電壓諧波分析。所述的步驟9. 1. 2包含以下步驟 步驟9. 1. 2. 1、獲取電壓波形成分；
步驟9. 1. 2. 2、檢查時間歷史信號的連續(xù)性；
步驟9. 1. 2. 3、將獲取的電壓信號進行有效值計算，對數(shù)據(jù)求均方根；
步驟9. 1. 2. 4、調(diào)用開發(fā)平臺的庫函數(shù)；
步驟9. 1.2. 5、計算電壓有效值；
步驟9. 1. 2. 6、將電壓有效值與標(biāo)稱電壓比較；步驟9. 1.2. 7、計算電壓偏差。所述的步驟9. 1.3包含以下步驟 步驟9. 1. 3. 1、獲取電壓波形的成分；
步驟9. 1. 3. 2、對波形的數(shù)據(jù)值進行帶Harming窗的快速傅里葉變換； 步驟9. 1. 3. 3、從Harm頻譜提取單頻信息，計算得到頻率信息； 步驟9. 1. 3. 4、將步驟9. 1. 3. 3得到的頻率信息與標(biāo)稱頻率比較； 步驟9. 1. 3. 5、計算得到頻率偏差；
步驟9. 1. 3. 6、對步驟9. 1. 3. 3得到的頻率信息進行歐幾里得范數(shù)處理；
步驟9. 1. 3. 7、計算得到電壓總諧波失真；
步驟9. 1. 3. 8、對步驟9. 1. 3. 3得到的頻率信息進行復(fù)數(shù)變換；
步驟9. 1.3. 9、計算諧波電平；
步驟9. 1. 3. 10、計算出諧波電壓的畸變率。所述的步驟9. 2包含以下步驟
步驟9. 2. 1、數(shù)據(jù)分析模塊讀取電流波形數(shù)據(jù)； 步驟9. 2. 2、進行電流有效值計算； 步驟9. 2. 3、進行電流諧波分析。所述的步驟9. 2. 2包含以下步驟 步驟9. 2. 2. 1、獲取電流波形成分；
步驟9. 2. 2. 2、檢查時間歷史信號的連續(xù)性； 步驟9. 2. 2. 3、進行數(shù)據(jù)塊均方根處理； 步驟9. 2. 2. 4、調(diào)用開發(fā)平臺的庫函數(shù)； 步驟9. 2. 2. 5、計算電流有效值。所述的步驟9. 2. 3包含以下步驟 步驟9. 2. 3. 1、獲取電流波形成分；
步驟9. 2. 3. 2、對波形的數(shù)據(jù)值進行帶Harming窗的快速傅里葉變換； 步驟9. 2. 3. 3、從Harm頻譜提取單頻信息；
步驟9. 2. 3. 4、將步驟9. 2. 3. 3得到的頻率信息進行歐幾里得范數(shù)處理； 步驟9. 2. 3. 5、計算得到電流總諧波失真； 步驟9. 2. 3. 6、將步驟9. 2. 3. 3得到的頻率信息進行復(fù)數(shù)變換； 步驟9. 2. 3. 7、計算諧波電流。所述的步驟9. 3包含以下步驟
步驟9. 3. 1、將電壓波形數(shù)據(jù)通過均方根計算得到電壓有效值； 步驟9. 3. 2、將電流波形數(shù)據(jù)通過均方根計算得到電流有效值； 步驟9. 3. 3、計算電壓波形數(shù)據(jù)的均值和電流波形數(shù)據(jù)的均值； 步驟9. 3. 4、通過電壓的有效值和均值及電流有效值和均值得到電能量數(shù)據(jù)。所述的步驟9. 4包含以下步驟
步驟9. 4. 1、數(shù)據(jù)存儲模塊先創(chuàng)建或打開一個TDMS文件； 步驟9. 4. 2、在文件設(shè)置中自動寫入標(biāo)題、測試時間等基本參數(shù)； 步驟9. 4. 3、讀取波形數(shù)據(jù)；步驟9. 4. 4、將波形數(shù)據(jù)寫入到TDMS文件中；
步驟9. 4. 5、判斷是否寫入完畢，若是，進行步驟9. 4. 6，若否，進行步驟9. 4. 3 ； 步驟9. 4. 6、關(guān)閉TDMS文件。本發(fā)明與傳統(tǒng)的監(jiān)控方法相比，采用模塊化的設(shè)計方法，系統(tǒng)主要的數(shù)據(jù)處理功能是在監(jiān)控主機實現(xiàn)，開發(fā)周期快，成本低，所需要的功能可以根據(jù)實際需要，自主軟件開發(fā)實現(xiàn)。本發(fā)明通過對該并網(wǎng)系統(tǒng)三路電壓信號和三路電流信號的高速數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)對電壓偏差、頻率偏差、功率因數(shù)、電壓諧波、電流諧波、電壓不平衡度等參數(shù)的測量和計算， 以及對并網(wǎng)系統(tǒng)的充放電切換時間的估算等。同時，也可對并網(wǎng)系統(tǒng)與直流電池組接口部分進行直流電壓、直流電流、電壓諧波、電流諧波等參數(shù)進行測試和計算，實時檢測并網(wǎng)系統(tǒng)對儲能電池組的影響情況，在必要的情況下，可以做出適當(dāng)?shù)母婢c系統(tǒng)保護。


圖1是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)圖； 圖2是本發(fā)明的實施例示意圖； 圖3是本發(fā)明的總體流程圖4是本發(fā)明中數(shù)據(jù)采集模塊的流程圖； 圖5是本發(fā)明中數(shù)據(jù)處理模塊的流程圖6是本發(fā)明中數(shù)據(jù)分析模塊對電壓波形數(shù)據(jù)進行分析的流程圖； 圖7是本發(fā)明中數(shù)據(jù)分析模塊對電流波形數(shù)據(jù)進行分析的流程圖； 圖8是本發(fā)明中數(shù)據(jù)分析模塊對電能量數(shù)據(jù)進行分析的流程圖； 圖9是本發(fā)明中數(shù)據(jù)存儲模塊的流程圖； 圖10是三相電壓波形圖； 圖11是單向電流波形圖； 圖12是諧波電流圖。
具體實施例方式以下根據(jù)圖1 圖12，具體說明本發(fā)明的較佳實施例。如圖1所示，是用于儲能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集分析裝置的電路圖，該數(shù)據(jù)采集分析裝置包含依次電路連接的電壓電流互感器101、隔離保護電路102、信號調(diào)理電路103、數(shù)據(jù)采集模塊104、數(shù)據(jù)處理模塊106和數(shù)據(jù)分析模塊107，還包含電路連接所述數(shù)據(jù)采集模塊104 和數(shù)據(jù)處理模塊106的數(shù)據(jù)存儲模塊105。所述的數(shù)據(jù)存儲塊105、數(shù)據(jù)處理模塊106和數(shù)據(jù)分析模塊107設(shè)置在監(jiān)控主機中。本實施例中，所述的電壓電流互感器101、隔離保護電路102和信號調(diào)理電路103 采用同一電路板，型號為RL BJH34-3。數(shù)據(jù)采集模塊104的型號為sbRI0_9631。數(shù)據(jù)分析模塊 107 的型號為 PowerEdge SC1430。如圖2所示，將本發(fā)明提供的用于儲能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集分析裝置接入儲能系統(tǒng)中的各個測量點，儲能系統(tǒng)中的電壓、電流信號經(jīng)過電壓電流互感器101進行降壓，然后通過隔離保護電路102，用來保護下級控制回路，并削弱環(huán)境噪聲及不明脈沖對測試電路的影響。在信號調(diào)理電路103的作用下，將信號轉(zhuǎn)換成量值適當(dāng)?shù)哪M信號，由數(shù)據(jù)采集模塊 104進行采集，并將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，同時，數(shù)據(jù)處理模塊106對數(shù)據(jù)進行合理化處理，傳送給數(shù)據(jù)分析模塊107，生成各種圖表和顯示界面，進行人機互動，數(shù)據(jù)自動存儲到數(shù)據(jù)存儲塊105中。數(shù)據(jù)采集模塊104對儲能系統(tǒng)中的電力參數(shù)進行基本采集，給后面的電路提供數(shù)據(jù)依據(jù)，數(shù)據(jù)分析模塊107在對采集數(shù)據(jù)進行處理的同時，分析采集數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲模塊105對原始數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)進行保存，可供將來分析與查詢。如圖3所示，是用于儲能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集分析方法的流程圖，該數(shù)據(jù)采集分析方法包含以下步驟
步驟1、裝置啟動；
步驟2、數(shù)據(jù)采集模塊將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)存儲模塊中的緩沖區(qū)； 步驟3、循環(huán)等待； 本實施例中，等待60ms ；
步驟4、判斷等待時間是否已到，若是，進行步驟5，若否，進行步驟3; 步驟5、讀取數(shù)據(jù)存儲模塊中的緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)； 步驟6、判斷是否讀取到數(shù)據(jù)，若是，進行步驟7，若否，進行步驟3 ； 步驟7、將讀取到的數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)隊列；
步驟8、數(shù)據(jù)處理模塊進行數(shù)據(jù)處理，同時進行步驟9. 1、步驟9. 2、步驟9. 3和步驟
9. 4 ；
步驟9. 1、數(shù)據(jù)分析模塊對電壓波形數(shù)據(jù)進行分析，進行步驟10 ； 步驟9. 2、數(shù)據(jù)分析模塊對電流波形數(shù)據(jù)進行分析，進行步驟10 ； 步驟9. 3、數(shù)據(jù)分析模塊對電能量數(shù)據(jù)進行分析，進行步驟10 ； 步驟9. 4、將處理后的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)存儲模塊中，進行步驟13 ； 步驟10、將分析數(shù)據(jù)進行圖形化顯示；
步驟11，判斷用戶是否退出，若是，進行步驟12，若否，進行步驟3，召測下一組數(shù)據(jù)； 步驟12、程序退出； 步驟13、歷史數(shù)據(jù)分析查詢； 步驟14、將歷史數(shù)據(jù)進行圖形化顯示。如圖4所示，所述的步驟2包含以下步驟 步驟2. 1、數(shù)據(jù)采集模塊上電啟動；
步驟2. 2、FPGA (現(xiàn)場可編程門陣列)程序初始化；
步驟2. 3、判斷是否達到循環(huán)定時時間，若是，進行步驟2. 3，若否，進行步驟繼續(xù)等待；
本實施例中，循環(huán)定時時間為IOOus ；
步驟2. 4、讀取電壓、電流模擬量輸入；
步驟2. 5、將模擬量數(shù)據(jù)由定點數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成32位整型數(shù)據(jù)；
步驟2. 6、創(chuàng)建一維數(shù)組；
步驟2. 7、向數(shù)據(jù)存儲模塊FIFO (先入先出隊列)寫入數(shù)據(jù)；
步驟2. 8、判斷數(shù)據(jù)采集模塊是否斷電，若是，進行步驟2. 9、若否，進行步驟2. 3，繼續(xù)將下一組數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)存儲模塊的緩存區(qū)； 步驟2. 9、硬件程序停止。
如圖5所示，所述的步驟8包含以下步驟 步驟8. 1、數(shù)據(jù)處理模塊從數(shù)據(jù)隊列中讀取數(shù)據(jù)； 步驟8. 2、重排數(shù)組維數(shù)；
步驟8. 3、二維數(shù)組轉(zhuǎn)置； 步驟8. 4、索引數(shù)據(jù)元素；
步驟8. 5、將32位整型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成浮點數(shù)據(jù)，同時進行步驟8. 6. 1和步驟8. 6. 2 ；
步驟8. 6. 1、進行電壓系數(shù)處理，進行步驟8. 7 ；
步驟8. 6. 2、進行電流系數(shù)處理，進行步驟8. 7 ；
步驟8. 7、創(chuàng)建新的數(shù)組；
步驟8. 8、根據(jù)新的數(shù)組，生成波形數(shù)據(jù)。如圖6所示，所述的步驟9. 1包含以下步驟
步驟9. 1. 1、數(shù)據(jù)分析模塊讀取電壓波形數(shù)據(jù)，同時進行步驟9. 1. 2和步驟9. 1. 3 ； 步驟9. 1. 2、進行電壓有效值計算； 步驟9. 1. 3、進行電壓諧波分析。所述的步驟9. 1. 2包含以下步驟 步驟9. 1. 2. 1、獲取電壓波形成分；
步驟9. 1. 2. 2、檢查時間歷史信號的連續(xù)性；
步驟9. 1. 2. 3、將獲取的電壓信號進行有效值計算，對數(shù)據(jù)求均方根；
步驟9. 1. 2. 4、調(diào)用開發(fā)平臺的庫函數(shù)Ivanlys. dll ；
步驟9. 1.2. 5、計算電壓有效值；
步驟9. 1. 2. 6、將電壓有效值與標(biāo)稱電壓比較；
步驟9. 1.2. 7、計算電壓偏差。所述的步驟9. 1. 3包含以下步驟 步驟9. 1. 3. 1、獲取電壓波形的成分；
步驟9. 1. 3. 2、對波形的數(shù)據(jù)值進行帶Harming窗的快速傅里葉變換； 步驟9. 1. 3. 3、從Harm頻譜提取單頻信息，計算得到頻率信息； 步驟9. 1. 3. 4、將步驟9. 1. 3. 3得到的頻率信息與標(biāo)稱頻率比較； 步驟9. 1. 3. 5、計算得到頻率偏差；
步驟9. 1. 3. 6、對步驟9. 1. 3. 3得到的頻率信息進行歐幾里得范數(shù)處理；
步驟9. 1. 3. 7、計算得到電壓總諧波失真(THD)；
步驟9. 1. 3. 8、對步驟9. 1. 3. 3得到的頻率信息進行復(fù)數(shù)變換；
步驟9. 1.3. 9、計算諧波電平；
步驟9. 1. 3. 10、計算出諧波電壓的畸變率。如圖7所示，所述的步驟9. 2包含以下步驟 步驟9. 2. 1、數(shù)據(jù)分析模塊讀取電流波形數(shù)據(jù)； 步驟9. 2. 2、進行電流有效值計算；
步驟9. 2. 3、進行電流諧波分析。所述的步驟9. 2. 2包含以下步驟 步驟9. 2. 2. 1、獲取電流波形成分；步驟9. 2. 2. 2、檢查時間歷史信號的連續(xù)性； 步驟9. 2. 2. 3、進行數(shù)據(jù)塊均方根處理； 步驟9. 2. 2. 4、調(diào)用開發(fā)平臺的庫函數(shù)Ivanlys. dll ； 步驟9. 2. 2. 5、計算電流有效值。所述的步驟9. 2. 3包含以下步驟 步驟9. 2. 3. 1、獲取電流波形成分；
步驟9. 2. 3. 2、對波形的數(shù)據(jù)值進行帶Harming窗的快速傅里葉變換； 步驟9. 2. 3. 3、從Harm頻譜提取單頻信息；
步驟9. 2. 3. 4、將步驟9. 2. 3. 3得到的頻率信息進行歐幾里得范數(shù)處理； 步驟9. 2. 3. 5、計算得到電流總諧波失真(THD)； 步驟9. 2. 3. 6、將步驟9. 2. 3. 3得到的頻率信息進行復(fù)數(shù)變換； 步驟9. 2. 3. 7、計算諧波電流。如圖8所示，所述的步驟9. 3包含以下步驟
步驟9. 3. 1、將電壓波形數(shù)據(jù)通過均方根計算得到電壓有效值； 步驟9. 3. 2、將電流波形數(shù)據(jù)通過均方根計算得到電流有效值； 步驟9. 3. 3、計算電壓波形數(shù)據(jù)的均值和電流波形數(shù)據(jù)的均值； 步驟9. 3. 4、通過電壓的有效值和均值及電流有效值和均值得到電能量數(shù)據(jù)(如視在功率、有功功率、無功功率、功率因素等)。如圖9所示，所述的步驟9. 4包含以下步驟
步驟9. 4. 1、數(shù)據(jù)存儲模塊先創(chuàng)建或打開一個TDMS (二進制測量文件)文件； 步驟9. 4. 2、在文件設(shè)置中自動寫入標(biāo)題、測試時間等基本參數(shù)； 步驟9. 4. 3、讀取波形數(shù)據(jù)； 步驟9. 4. 4、將波形數(shù)據(jù)寫入到TDMS文件中；
步驟9. 4. 5、判斷是否寫入完畢，若是，進行步驟9. 4. 6，若否，進行步驟9. 4. 3 ； 步驟9. 4. 6、關(guān)閉TDMS文件。如圖10和圖11所示，直接根據(jù)采集的電壓信號進行錄波，可以通過復(fù)選框隱藏/ 顯示各通道的數(shù)據(jù)，縱坐標(biāo)為幅值，橫坐標(biāo)為采集點數(shù)，一次可以顯示8個周期的波形，即 1600個采樣點的數(shù)據(jù)。如圖12所示，是根據(jù)采集的電流信號進行分析，得出的諧波電流圖?？v坐標(biāo)是幅值。橫坐標(biāo)是諧波次數(shù)，一次可以顯示50次諧波。本發(fā)明除了對電流、電壓采集和諧波電流的監(jiān)控之外還能根據(jù)基本電信號計算出電壓偏差、頻率偏差、電壓諧波、三相不平衡、電壓波動及閃變等數(shù)據(jù)。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種用于儲能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集分析裝置，其特征在于，該數(shù)據(jù)采集分析裝置包含依次電路連接的電壓電流互感器(101)、隔離保護電路(102)、信號調(diào)理電路(103)、數(shù)據(jù)采集模塊(104)、數(shù)據(jù)處理模塊(106)和數(shù)據(jù)分析模塊(107)，還包含電路連接所述數(shù)據(jù)采集模塊(104)和數(shù)據(jù)處理模塊(106)的數(shù)據(jù)存儲模塊(105)。
2.一種用于儲能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集分析方法，其特征在于，該數(shù)據(jù)采集分析方法包含以下步驟步驟1、裝置啟動；步驟2、數(shù)據(jù)采集模塊將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)存儲模塊中的緩沖區(qū)； 步驟3、循環(huán)等待；步驟4、判斷等待時間是否已到，若是，進行步驟5，若否，進行步驟3; 步驟5、讀取數(shù)據(jù)存儲模塊中的緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)； 步驟6、判斷是否讀取到數(shù)據(jù)，若是，進行步驟7，若否，進行步驟3 ； 步驟7、將讀取到的數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)隊列；步驟8、數(shù)據(jù)處理模塊進行數(shù)據(jù)處理，同時進行步驟9. 1、步驟9. 2、步驟9. 3和步驟9. 4 ；步驟9. 1、數(shù)據(jù)分析模塊對電壓波形數(shù)據(jù)進行分析，進行步驟10 ； 步驟9. 2、數(shù)據(jù)分析模塊對電流波形數(shù)據(jù)進行分析，進行步驟10 ； 步驟9. 3、數(shù)據(jù)分析模塊對電能量數(shù)據(jù)進行分析，進行步驟10 ； 步驟9. 4、將處理后的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)存儲模塊中，進行步驟13 ； 步驟10、將分析數(shù)據(jù)進行圖形化顯示；步驟11，判斷用戶是否退出，若是，進行步驟12，若否，進行步驟3，召測下一組數(shù)據(jù)； 步驟12、程序退出； 步驟13、歷史數(shù)據(jù)分析查詢； 步驟14、將歷史數(shù)據(jù)進行圖形化顯示。
3.如權(quán)利要求2所述的用于儲能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集分析方法，其特征在于，所述的步驟2 包含以下步驟步驟2. 1、數(shù)據(jù)采集模塊上電啟動； 步驟2. 2、FPGA程序初始化；步驟2. 3、判斷是否達到循環(huán)定時時間，若是，進行步驟2. 3，若否，進行步驟繼續(xù)等待；步驟2. 4、讀取電壓、電流模擬量輸入；步驟2. 5、將模擬量數(shù)據(jù)由定點數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成32位整型數(shù)據(jù)；步驟2. 6、創(chuàng)建一維數(shù)組；步驟2. 7、向數(shù)據(jù)存儲模塊FIFO寫入數(shù)據(jù)；步驟2. 8、判斷數(shù)據(jù)采集模塊是否斷電，若是，進行步驟2. 9、若否，進行步驟2. 3，繼續(xù)將下一組數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)存儲模塊的緩存區(qū)； 步驟2. 9、硬件程序停止。
4.如權(quán)利要求2所述的用于儲能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集分析方法，其特征在于，所述的步驟8 包含以下步驟步驟8. 1、數(shù)據(jù)處理模塊從數(shù)據(jù)隊列中讀取數(shù)據(jù)；步驟8. 2、重排數(shù)組維數(shù)； 步驟8. 3、二維數(shù)組轉(zhuǎn)置； 步驟8. 4、索引數(shù)據(jù)元素；步驟8. 5、將32位整型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成浮點數(shù)據(jù)，同時進行步驟8. 6. 1和步驟8. 6. 2 ；步驟8. 6. 1、進行電壓系數(shù)處理，進行步驟8. 7 ；步驟8. 6. 2、進行電流系數(shù)處理，進行步驟8. 7 ；步驟8. 7、創(chuàng)建新的數(shù)組；步驟8. 8、根據(jù)新的數(shù)組，生成波形數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求2所述的用于儲能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集分析方法，其特征在于，所述的步驟 9.1包含以下步驟步驟9. 1. 1、數(shù)據(jù)分析模塊讀取電壓波形數(shù)據(jù)，同時進行步驟9. 1. 2和步驟9. 1. 3 ； 步驟9. 1. 2、進行電壓有效值計算； 步驟9. 1. 3、進行電壓諧波分析。
6.如權(quán)利要求5所述的用于儲能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集分析方法，其特征在于，所述的步驟 9. 1.2包含以下步驟步驟9. 1. 2. 1、獲取電壓波形成分；步驟9. 1. 2. 2、檢查時間歷史信號的連續(xù)性；步驟9. 1. 2. 3、將獲取的電壓信號進行有效值計算，對數(shù)據(jù)求均方根；步驟9. 1. 2. 4、調(diào)用開發(fā)平臺的庫函數(shù)；步驟9. 1.2. 5、計算電壓有效值；步驟9. 1. 2. 6、將電壓有效值與標(biāo)稱電壓比較；步驟9. 1.2. 7、計算電壓偏差。
7.如權(quán)利要求5所述的用于儲能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集分析方法，其特征在于，所述的步驟 9. 1.3包含以下步驟步驟9. 1. 3. 1、獲取電壓波形的成分；步驟9. 1. 3. 2、對波形的數(shù)據(jù)值進行帶Harming窗的快速傅里葉變換； 步驟9. 1. 3. 3、從Harm頻譜提取單頻信息，計算得到頻率信息； 步驟9. 1. 3. 4、將步驟9. 1. 3. 3得到的頻率信息與標(biāo)稱頻率比較； 步驟9. 1. 3. 5、計算得到頻率偏差；步驟9. 1. 3. 6、對步驟9. 1. 3. 3得到的頻率信息進行歐幾里得范數(shù)處理；步驟9. 1. 3. 7、計算得到電壓總諧波失真；步驟9. 1. 3. 8、對步驟9. 1. 3. 3得到的頻率信息進行復(fù)數(shù)變換；步驟9. 1.3. 9、計算諧波電平；步驟9. 1. 3. 10、計算出諧波電壓的畸變率。
8.如權(quán)利要求2所述的用于儲能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集分析方法，其特征在于，所述的步驟 9. 2包含以下步驟步驟9. 2. 1、數(shù)據(jù)分析模塊讀取電流波形數(shù)據(jù)； 步驟9. 2. 2、進行電流有效值計算； 步驟9. 2. 3、進行電流諧波分析。
9.如權(quán)利要求8所述的用于儲能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集分析方法，其特征在于，所述的步驟 9. 2. 2包含以下步驟步驟9. 2. 2. 1、獲取電流波形成分； 步驟9. 2. 2. 2、檢查時間歷史信號的連續(xù)性； 步驟9. 2. 2. 3、進行數(shù)據(jù)塊均方根處理； 步驟9. 2. 2. 4、調(diào)用開發(fā)平臺的庫函數(shù)； 步驟9. 2. 2. 5、計算電流有效值。
10.如權(quán)利要求8所述的用于儲能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集分析方法，其特征在于，所述的步驟 9. 2. 3包含以下步驟步驟9. 2. 3. 1、獲取電流波形成分；步驟9. 2. 3. 2、對波形的數(shù)據(jù)值進行帶Harming窗的快速傅里葉變換； 步驟9. 2. 3. 3、從Harm頻譜提取單頻信息；步驟9. 2. 3. 4、將步驟9. 2. 3. 3得到的頻率信息進行歐幾里得范數(shù)處理； 步驟9. 2. 3. 5、計算得到電流總諧波失真； 步驟9. 2. 3. 6、將步驟9. 2. 3. 3得到的頻率信息進行復(fù)數(shù)變換； 步驟9. 2. 3. 7、計算諧波電流。
11.如權(quán)利要求2所述的用于儲能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集分析方法，其特征在于，所述的步驟 9. 3包含以下步驟步驟9. 3. 1、將電壓波形數(shù)據(jù)通過均方根計算得到電壓有效值； 步驟9. 3. 2、將電流波形數(shù)據(jù)通過均方根計算得到電流有效值； 步驟9. 3. 3、計算電壓波形數(shù)據(jù)的均值和電流波形數(shù)據(jù)的均值； 步驟9. 3. 4、通過電壓的有效值和均值及電流有效值和均值得到電能量數(shù)據(jù)。
12.如權(quán)利要求2所述的用于儲能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集分析方法，其特征在于，所述的步驟 9. 4包含以下步驟步驟9. 4. 1、數(shù)據(jù)存儲模塊先創(chuàng)建或打開一個TDMS文件； 步驟9. 4. 2、在文件設(shè)置中自動寫入標(biāo)題、測試時間等基本參數(shù)； 步驟9. 4. 3、讀取波形數(shù)據(jù)； 步驟9. 4. 4、將波形數(shù)據(jù)寫入到TDMS文件中；步驟9. 4. 5、判斷是否寫入完畢，若是，進行步驟9. 4. 6，若否，進行步驟9. 4. 3 ； 步驟9. 4. 6、關(guān)閉TDMS文件。
全文摘要
一種用于儲能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集分析裝置及其采集分析方法，本發(fā)明通過對該并網(wǎng)系統(tǒng)三路電壓信號和三路電流信號的高速數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)對電壓偏差、頻率偏差、功率因數(shù)、電壓諧波、電流諧波、電壓不平衡度等參數(shù)的測量和計算，以及對并網(wǎng)系統(tǒng)的充放電切換時間的估算等。同時，也可對并網(wǎng)系統(tǒng)與直流電池組接口部分進行直流電壓、直流電流、電壓諧波、電流諧波等參數(shù)進行測試和計算，實時檢測并網(wǎng)系統(tǒng)對儲能電池組的影響情況，在必要的情況下，可以做出適當(dāng)?shù)母婢c系統(tǒng)保護。
文檔編號H02J3/38GK102520269SQ20111037608
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月23日
發(fā)明者劉雋, 吳福保, 張宇, 樸紅艷, 楊波, 白紀(jì)軍, 賴?yán)?申請人:上海市電力公司, 上海瑞莉自動化成套設(shè)備有限公司, 上海融升電力科技有限公司, 國網(wǎng)電力科學(xué)研究院